ako sme vlastne schopní vidieť trinásť miliárd rokov dozadu?
Dá sa povedať, že astronómia sa v tom podobá archeológii. Čo robia archeológovia? Hrabú sa v zemi a narazia na nejaké črepy trebárs zo 16. storočia. Povedia si, že možno tu bude niečo lepšie než 16. storočie a hrabú hlbšie. A nájdu pamiatky zo 7. storočia. Potom hrabú zase hlbšie a hlbšie a dostávajú sa napríklad až pred kresťanský letopočet. Astronómia je na tom podobne. Keď chceme zistiť, aký je súčasný stav vesmíru, musíme sa pozerať na hviezdy. Je tam síce nejaké oneskorenie, povedzme 100, možno 300 rokov, ale to je zanedbateľné. Hviezdy sa vyvíjajú pomaly, takže v podstate ich vidíme viac-menej tak, ako budú vyzerať aj o 300 rokov.
keď sa pozrieme na nejakú blízku hviezdu, vidíme to, čo tam bolo pred 300 rokmi?
Povedzme. To preto, lebo ten lúč letel tak dlho. Keď je hviezda ďalej, lúč letí, samozrejme, dlhšie. Výhoda je, že keď sa pozrieme na oblohu, vidíme všetko naraz. Vidíme jasné hviezdy, ktoré sú väčšinou najbližšie. Potom stredne jasné, ktoré sú väčšinou o čosi ďalej. A potom hviezdy, ktoré sotva vidieť, a tie sú obyčajne najvzdialenejšie. Hviezdy vlastne svietia ako lampa. Všetky rovnako. Keď však posuniem lampu niekam ďalej od seba, vidím ju svietiť slabšie. Ale teraz to celé trochu zjednodušujem.
to je všetko, čo vidíme vo vesmíre?
Nie celkom, sú tam ešte vzdialené hviezdy našej Mliečnej cesty, ktoré sa zobrazujú ako svietiaca hmla. Za hranicou Mliečnej cesty sa nachádza medzigalaktický priestor, ktorý je oveľa redší, ale tiež veľmi slabo svieti. Potom nasleduje iná galaxia. Tá sa podobá našej, tiež je tam mnoho hviezd, ktoré už jednotlivo očami nevidíme, ale môžeme ich vidieť aspoň ako nejakú hmlu na nebi. Napríklad keď sa za jasnej noci a niekde mimo mesta, aby nám neprekážalo mestské osvetlenie, pozrieme v jeseni na oblohu, nájdeme si súhvezdie Andromedy. Kto má dobré oči, vidí tam malinkú hmlu. A to je galaxia, ktorá je k nám najbližšia na severnej pologuli. Je vzdialená asi 2,5 milióna svetelných rokov. Čiže ten fotón, ktorý k nám dorazí do oka, sa vydal na cestu v dobe, keď na zemi žili hominidi. Putoval počas celej tej dlhej doby, keď sa hominidi menili na homo sapiens a keď sa zas homo sapiens pred 100 000 rokmi menil na homo sapiens sapiens, teda na druh, ktorým sme my. Homo sapiens sapiens medzitým postavil ďalekohľady a urobil meranie. A to ukazuje, že to takto je. Čiže informácia o Andromede je stará 2,5 milióna rokov.
„Budúcnosť nevidíme, minulosť áno. Čím sa pozeráme hlbšie, tým vzdialenejšiu minulosť vidíme.“
dá sa ísť aj ďalej?
Hubblovým teleskopom si môžeme vyfotiť najvzdialenejšie objekty. Dnes vieme, že sú vzdialené približne 13 miliárd svetelných rokov. Môžeme si zobrať aj slabšie ďalekohľady, ktoré nám zachytia prostrednú časť a tým si môžeme na seba navrstviť rôzne informácie, ktoré sú o súčasnosti, o blízkej minulosti, strednej a veľmi hlbokej minulosti. A tak to máme všetko pohromade v počítači za jedinú noc. Naraz teda máme celú vývojovú stupnicu, pretože galaxie sa v podstate riadia rovnako jednoduchými fyzikálnymi zákonmi. Takže to nie je vývoj jednej galaxie, ale rôznych galaxií. Keď si to poskladáme, zistíme, že sa nám utvára krásna predstava o tom, čo sa dialo vo vesmíre za ten dlhý čas. Malej rýchlosti svetla ďakujeme za to, že to tak dlho trvá, než k nám priletia tieto vzdialené fotóny. A ďakujeme aj priezračnosti vesmíru, že k nám vôbec nejaké svetlo z tej diaľky príde.
keď sa pozerám v noci na oblohu, vidím minulosť státisíce rokov alebo aj viac?
Keď som na južnej pologuli, vidím dve galaxie, ktoré sú najbližšie k našej Mliečnej ceste. Tie vidím očami. Jedna sa volá Veľké Magellanovo mračno a druhá Malé Magellanovo mračno. Prvá je vzdialená 165 000 svetelných rokov, druhá 210 000 svetelných rokov. Čiže na južnej pologuli vidím tieto dva objekty očami, a keď som doma, vidím Andromedu. Vidím teda 2,5 milióna rokov dozadu. Vidíme vlastnými očami všetko, čo je 2,5 milióna rokov medzi minulosťou a súčasnosťou. Na to nepotrebujem ďalekohľad.
čiže 2,5 milióna rokov dozadu vidíme vlastnými očami a Hubblovým teleskopom 13 miliárd. To znamená, že to, čo dopadá na Hubblov teleskop, začalo vyžarovať pred 13 miliardami rokov? Dnes to tam už nie je?
Dnes sú tie galaxie oveľa ďalej a vyvinuli sa do podoby, akú má napríklad tá naša. To, čo však vidíme, je, ako vyzerali zárodočné galaxie, čiže to, ako prvé galaxie pred 13 miliardami rokov vznikali. Slnečná sústava je mladšia. Ona vtedy ešte nebola. Ale naša Mliečna cesta už zároveň s tými vzdialenými galaxiami existovala. Všetko to vznikalo zároveň, čiže nemáme informácie o tom, ako pôvodne vyzerala naša Mliečna cesta
tie všetky čiastočky hmoty, ktoré sú okolo mňa, boli aj na začiatku?
Vesmír bol rovnomerne rozloženou hmotou. Potom sa v tej hmote začali robiť akoby chuchvalce, a z nich vznikli galaxie.
na začiatku už boli tie isté kvarky, z ktorých sme teraz zložení?
Nie.
ani tento priestor tu nebol?
Ten bol. Treba si to predstaviť. Povedzme, že máme povrch nafukovacieho balónika. A máme dva rozmery. Odobrali sme teda jeden rozmer. Povrch balónika predstavuje vesmír. Aby sme mali predstavu o rozpínaní, na povrchu si urobíme fixkou farebné čiarky, ktoré označíme číslom. Ja budem napríklad jednotka, to je moja galaxia. A teraz balón nafúknem. Čiarky budú od seba vzdialené viac, ale vzájomné polohy sa nezmenia. Vzdialenosti sa podstatne zväčšili, je teda veľmi ťažké dostať včas informácie. Prichádzajú čím ďalej, tým s väčším oneskorením. Ten priestor je však v zásade stále tam, kde bol predtým. Čiže pred nafúknutím som tu mal nejaký priestor a stále ho tam mám. Nestratilo sa to.
nie je to inde?
O toto ide. Čo znamená „inde“? Nachádzam sa na určitom mieste na tom balóniku. Miesta sú rovnocenné a môžem si podľa seba stanoviť, odkiaľ sa bude merať. Dôležité je uvedomiť si, že vesmír nemá nijaký stred. Po tom balóniku môžeme dokonca aj liezť, a to bez toho, aby sme narazili na nejakú prekážku; maximálne sa vrátime tam, kde sme už boli. Medzitým sa nám to však rozrástlo.
ak predstavuje trochu nafúknutý balónik vesmír v ranom štádiu a viac nafúknutý zasa vesmír v neskoršom štádiu, toho miesta akoby pribudne. Nie sme my, Zem, niekde v tom novom priestore?
Nie. My sa stále držíme na svojom mieste. Predstavme si normálnu silónovú pančuchu. Keď sa na ňu pozrieme zblízka, napríklad lupou, vidíme, že sú to vlastne samé očká. Jedno na druhé sú na seba naviazané. Pančucha je pružná, takže ju môžeme natiahnuť. Oká sa zväčšia. Budú väčšie. To je celé.
ale to rozšírené oko je akoby v novom priestore.
To je pravda, že sa ten priestor rozpína, a každé to očko bude teraz väčšie a väčšie. Ale každé jedno si drží svoju líniu. Každé ostáva vo svojom priestore, nikam neuteká. Priestor akoby nakysol.
ale do čoho?
Sám v sebe. Vrátim sa k obrazu gumenej nite. Je natiahnutá, rozpína sa ďalej. Bude čím ďalej, tým dlhšia. Znova si na nej vyznačím nejaké body alebo urobím mašličky. Keď ju začnem naťahovať, jediné, čo sa stane, bude, že sa zmení vzdialenosť medzi bodmi. Inak je to stále to isté.
keď hovoríme o pohľade dozadu, čo je to za zázrak, že sa dívame na začiatok vesmíru, ktorý je už preč? A my ho dokážeme vidieť, hoci je preč.
V sci-fi sa používa stroj času. No v skutočnosti je aj každý ďalekohľad, a vlastne aj ľudské oko, takýto stroj času, ale len do minulosti. Budúcnosť nevidíme, minulosť áno. Čím sa pozeráme hlbšie, tým vzdialenejšiu minulosť vidíme a môžeme si ju znovu prehrať. Aj sa to tak hovorí, že si vlastne prehrávame minulé deje, akoby sme ich mali na nejakom zázname.
vedeli by sme si teoreticky „prehrať“ celý vznik vesmíru?
O to sa usilujeme. Tá bariéra, čo nám v tom bráni, sa dá prekonať pomocou urýchľovačov častíc. Urýchľovače napodobňujú teplotu a hustotu hmoty, ktorá bola vo veľmi ranom vesmíre, a vďaka tomu zisťujeme, ako sa vtedy vesmír správal. Urýchľovače sú v tom skvelé, lebo nás dostali do času 10-12 sekundy po veľkom tresku. Dali nám informáciu, ako sa správala hmota, keď bol vesmír taký mladý. Keď ale hovoríme o rozpínaní, tak rozpínanie sa z hľadiska svetla dialo omnoho rýchlejšie.
rýchlejšie než rýchlosť svetla?
To totiž nie je rýchlosť. Rýchlosť je daná, keď máme nejaké malé intervaly. Hovorí sa tomu, že je to lokálny pojem. Ale keď máme globálny vesmír, tam nijaká teória relativity nedáva nijaké obmedzenie. Čiže môžeme rozpínať priestor omnoho rýchlejšie než rýchlosť svetla.
to sa predpokladá?
To sa vie. Vesmír určite nebol v 10-12 sekundy po veľkom tresku takýto malinký. Bol vtedy už veľmi veľký. V každom prípade, aj keby vesmír vznikol ako priestorovo konečný, tak v čase 10-12 sekundy by bol už taký obrovský, že by bol väčší než celý dnešný viditeľný vesmír.
urýchľovačmi sme sa dostali na 10-12 sekundy po veľkom tresku. Dá sa ísť ešte ďalej?
Na 10-13 sekundy. Viac zatiaľ nevieme. Môže sa stať čokoľvek. Nevieme, čo hmota urobí, keď ešte viac zhustne. Môžu v nej nastať fázové prechody. A to by bolo veľmi zaujímavé.
ak sa vesmír rozpína, rozpína sa rýchlejšie než rýchlosť svetla?
Určite, tie časti vesmíru, ktoré sú za hranicou 13,8 miliardy svetelných rokov od nás, sa voči nám, technicky povedané, rozpínajú vyššou rýchlosťou. A práve o nich nevieme.
ani sa nikdy nedozvieme?
Je možné, že sa o nich nedozvieme nikdy. V Prahe máme metro a tam sú takí uličníci, ktorí behajú po eskalátore obrátene. A keď je ten uličník dostatočne zdatný, tak tie schody prekoná. To je ako ten zdatný fotón, ktorý nás dobehne. Vesmír sa rozpína, čiže ten eskalátor ide nahor, a zdatný fotón, keď je dosť rýchly, napriek tomu pribehne až sem. Ak je však ten uličník slabý, tak ho to odnesie kamsi preč.
vesmír sa teda buď rozpína rýchlosťou väčšou než rýchlosť svetla, alebo je nekonečný? Alebo aj ten nekonečný sa rozpína?
Či už je konečný, alebo nekonečný, vždy sa rozpína rýchlosťou vyššou než rýchlosť svetla. To nehrá úlohu. Keď si vezmeme dostatočne vzdialené objekty vo vesmíre, ktoré nemôžeme vidieť naraz, tak už len z teórie vyplýva, že taký objekt letí od nás rýchlejšie než rýchlosť svetla. Preto to svetlo nepriletí až sem.
čiže vesmír sa tak či tak rozpína obrovskou rýchlosťou. Tento jav sa niekedy skončí?
Na to sú rôzne názory alebo spočítané modely. Ešte v škole sme sa učili, že sa vesmír rozpína čím ďalej, tým pomalšie. Dôvod, prečo sa rozpína pomalšie, spočíva v tom, že je tam hmota, tá hmota má gravitáciu, a gravitácia brzdí rozpínanie vesmíru. Jeden model vesmíru je teda taký, že sa rozpína, brzdí a napokon sa zastaví. Tomu sa hovorí aj big-stop. Od tej chvíle by sa mal vesmír zmršťovať a znova by skončil tam, kde začal. To znamená vo veľkom tresku. Tento scenár sa volá „veľký krach“ (zmrštenie). To je jedna možnosť. Druhý model je taký, že sa vesmír rozplynie v nič. Tomuto scenáru sa hovorí „veľký chlad“. Zatiaľ to vyzeralo nerozhodne, ale v posledných pätnástich rokoch začína prevažovať scenár veľkého chladu.
čo to znamená?
Vesmír sa ochladí na absolútnu nulu, hustota klesne na nulu a vesmír prestane byť zaujímavý. Fyzikálne síce bude existovať, ale bude veľmi nudný.
ako si mám toto predstaviť? Hovoríš, že vychladne. Ale ani teraz nie je nejaký horúci. Čo znamená, že vychladne?
Teraz má tri kelviny a potom bude mať na absolútnej stupnici nula kelvinov.
čo to znamená, že má tri kelviny? Ako sa to počíta?
Meria sa to takto. Hovoril som o tej hmle. Na počiatku vesmíru ju spôsobili elektróny. V čase 400 000 rokov po veľkom tresku sa tá hmla rozplynula. Od tej doby je vesmír priehľadný a my môžeme robiť astronómiu. Častice tej hmly tu však zostali v podobe fotónov, a tie chladnú. Tým, ako sa vesmír rozpína, majú čoraz menšiu energiu. Energia fotónov sa, našťastie, dá zmerať pomocou rádiových vĺn. To sa stalo v roku 1965, keď sa objavilo rádiové zostatkové žiarenie z vesmíru. Len čo máme žiarenie objavené, môžeme merať jeho teplotu. Na to existujú fyzikálne metódy. Takže keby sme do toho strčili pomyselný teplomer, vyjdú nám tri kelviny, čo je skoro nula. Ale to je žiarenie, čo zostalo z toho pozostatku, a preto sme si rovnako istí, že to takto je, pretože to je ďalší nezávislý dôkaz toho, že veľký tresk bol. Toto žiarenie chladne tým, ako sa vesmír rozpína. Keby sa vesmír začal v budúcnosti zmršťovať, tak sa to žiarenie začne opäť zohrievať. A veľký krach bude znamenať zase veľmi vysokú teplotu, hustotu a tak ďalej.
fotón je teda lúč, častica. Hovoríš, že stráca energiu. Keď však letí vo vákuu, stráca energiu?
Energiu nestráca tým, že letí, ale tým, že naráža na rôzne prekážky, čím sa degraduje. Takto stráca svoju energiu. Už to nie je ten pôvodný fotón, ale nový, ktorý má menšiu energiu. Čiže časť svojej energie odovzdal nejakej častici.
ak sa teda bude vesmír ďalej rozpínať, vychladne a – ako si povedal – bude nudný. Bude to akoby jedna častica na kilometer krát kilometer krát kilometer svetelného roku. Nič viac? Nebudú telesá?
Nebudú hviezdy, nebudú ľudia, nebudú telesá. Všetko sa rozplynie. Hviezdy, galaxie. Všetko.
prečo sa rozplynú?
Jednotlivé častice to od seba odtiahne tak prudko, že stratia vzájomný kontakt. Všetko sa rozplynie, pretože ten chlad to rozoberie. Ide o kvantové efekty, ktoré to rozoberú.
čiže na konci by potom bolo donekonečna čo?
Sem-tam nejaký protón, elektrón alebo neutrón. Možno aj fotón.
tie však do seba nemôžu naraziť?
Nemajú šancu do seba naraziť, pretože sa už nikdy nestretnú. Navyše sa budú od seba ešte viac vzďaľovať.
to by bol koniec vesmíru?
Ten koniec je nekonečne vzdialený. Ale prakticky by to bol koniec. Tá nuda vo vesmíre by sa však začala omnoho skôr. Vo chvíli, keď sa častice od seba navzájom vzdialia na jeden svetelný rok, tak sa už vo vesmíre nič diať nebude.
v prípade, že sa bude rozpínať. Čo by sa dialo, keby to bolo naopak? Čo by sme videli?
Videli by sme, ako sa k nám blíži Andromeda, ako sa blíži Magellanovo mračno, jedno aj druhé. Začalo by nám byť dosť teplo. Reálne. Začalo by sa globálne otepľovanie ako hrom.
prečo by bolo tak teplo?
Pretože hustota a energia daná žiarením a časticami by sa zvyšovala. To je akoby sme si pustili film od veľkého tresku dozadu. Je to akoby obrátený jav.
galaxie by začali do seba narážať, vybuchovali by a tá energia by išla aj na Zem?
Všetko by sa ohrievalo, až by sme sa nakoniec vyparili.
Knihu Takto sa ma nikto nepýtal si môžete zakúpiť na www.tyzden.sk/shop
Jiří Grygar: Takto sa ma nikto nepýtal. Rozhovory so Štefanom Hríbom o hmote, vesmíre a človeku. Výtvarný koncept Róbert Csere. Ilustrácie Natália Ložeková a Vladimíra Pčolová. Vydalo vydavateľstvo W PRESS, Bratislava 2016.